一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料及其制备方法与应用，所述分布式掺硼金刚石/金属基复合材料包含金属片，以及间隔分布于金属片表面的若干掺硼金刚石电极片，所述金属片与掺硼金刚石电极片之间含有亚氧化铅涂层；所述亚氧化铅涂层全包覆于金属片表面，或若干亚氧化铅涂层间隔设置于金属片表面；本发明专利技术首创的提供了一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料，该分布式掺硼金刚石/金属基复合材料具有由若干掺硼金刚石电极片组合而成，相对于单BDD具有很好的导电性和更大的电化学活性面积，相较于单BDD其耐腐蚀效果更好，具有更加长久的使用寿命。具有更加长久的使用寿命。具有更加长久的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料及其制备方法和应用，属于

技术介绍

[0002]金刚石是一种具备优异物理化学性能的材料,其机械强度高,化学稳定性及性能优异，在高强度电流负荷下作用电极表面也不会发生明显变化等特点,使其在电化学应用方面具有广泛的前景。在金刚石膜生长过程中通过掺杂硼元素,使制备的硼掺杂金刚石膜变为半导体或具有金属性质的导体,将其沉积在某些电极基体如钛片、硅片、石墨等表面获得的硼掺杂金刚石电极是近年污水净化处理、电化学生物传感器等领域的重点。与传统电极相比,掺硼金刚石薄膜电极具有窗口宽、背景电流小、电化学稳定性好、机械性能好、耐腐蚀性强、导电性好等诸多优势,在电化学氧化处理污水领域有着很好的前景。
[0003]传统的在钛片或者硅片上生长掺硼金刚石的单层电极往往因为热膨胀系数不匹配造成膜易脱落、硅片的导电性不足限制了掺硼金刚石薄膜电极的进一步发展。
[0004]近年来电化学工艺的不断进步以及新的电极材料和电极结构的出现为电化学研究提供了更新更有效的解决手段。多层复合电极材料相较于单层电极，其具有更好的导电性和更长的电极使用寿命。对比于单层电极限制的工艺成产尺寸，多层复合电极尺寸更大，多电极组合获得更大的比表面积使得电化学活性更强，效率更高，在兼顾优异的电化学性能的同时扩充了电极的应用范围，使其能应用在更多的领域。
[0005]然而目前还没有关于多电极组合的报道。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种长寿命、高导电性和更高的电化学活性的分布式掺硼金刚石/金属基复合材料。
[0007]本专利技术的第二个目的在于提供一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料的制备方法。
[0008]本专利技术的第三个目的在于提供一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料的应用。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料，所述分布式掺硼金刚石/金属基复合材料包含金属片，以及间隔分布于金属片表面的若干掺硼金刚石电极片，所述金属片与掺硼金刚石电极片之间含有亚氧化铅涂层。
[0011]本专利技术首创的提供了一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料，该分布式掺硼金刚石/金属基复合材料由若干掺硼金刚石电极片组合而成，相对于单BDD具有很好的导电性和更大的电化学活性面积，相较于单BDD其耐腐蚀效果更好，具有更加长久的使用寿命；而通过在金属片与掺硼金刚石电极片之间引入具有优异导电性的亚氧化铅涂层，可以在确保导电性的基础上，让金属片与掺硼金刚石电极片烧结焊接连接牢固。
[0012]优选的方案，所述亚氧化铅涂层全包覆于金属片表面，或若干亚氧化铅涂层间隔设置于金属片表面。
[0013]专利技术人发现，当亚氧化铅涂层全包覆于金属片表面，然后再于亚氧化铅涂层设置若干掺硼金刚石电极片时，亚氧化铅可以与BDD共同起作用，使得具有更大的活性面积大，而当若干亚氧化铅涂层间隔设置于金属片表面，再于若干亚氧化铅涂层表面设置相应数量的掺硼金刚石电极片时，可以使掺硼金刚石电极片获得更高的氧化电位。
[0014]优选的方案，所述亚氧化铅涂层的厚度为500nm
‑
200μm，优选为50
‑
150μm，专利技术人发现，亚氧化铅涂层厚度需要有效控制，过厚过薄都会对结合力造成影响。
[0015]优选的方案，所述金属片选自钛包铜片、钽包铜片、钛片、铌片、钽片、锆片中的一种。
[0016]优选的方案，所述金属片的结构选自选自连续板状、网状、非连续框架、柱状、桶状、非规则立体状、规则立体状结构中的一种。
[0017]优选的方案，所述掺硼金刚石电极片采用阵列排布的方式设置于金属片的表面。
[0018]专利技术人发现，掺硼金刚石电极片根据需要进行各种阵列方式排布，可获得最佳的电极单元辐射范围，更高的电催化活性面积和电流效率。
[0019]优选的方案，所述掺硼金刚石电极片由基底以及设置于基底表面的掺硼金刚石膜层组成。
[0020]进一步的优选，所述基底选自金属镍、铌、钽、锆、铜、钛、钴、钨、钼、铬、铁中的一种或其合金中的一种；或基底选自陶瓷Si、Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN、B4C、AlN、TiB2、TiN、WC、Cr7C3、Ti2GeC、Ti2AlC和Ti2AlN、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3AlC2、Ti4AlC3、BaPO3中的一种或其中的掺杂陶瓷。
[0021]进一步的优选，所述基底结构选自三维连续网络结构、二维连续网状结构、二维封闭平板结构、一维丝状、一维线状、一维棒状、零维颗粒状中的至少一种。
[0022]进一步的优选，所述掺硼金刚石膜层的厚度为5
‑
20μm。
[0023]进一步的优选，所述掺硼金刚石膜层中的硼元素的质量分数为2
‰‑
10
‰
。
[0024]在本专利技术中，对掺硼金刚石电极片的形状不受限制，可为三角形、四方形、圆形、星形或其他规则或不规则形状，
[0025]在本专利技术中，基底可以将不同形状，在生产中作为边角料的掺硼金刚石电极片组合焊接，将材料重复利用。
[0026]本专利技术一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料的制备方法：将含亚氧化铅的涂料均匀设置于金属片上，然后将掺硼金刚石电极片的基底裸露面面朝含亚氧化铅的涂料置于含亚氧化铅的涂料的金属片上，干燥、烧结即得分布式掺硼金刚石/金属基复合材料。
[0027]优选的方案，所述含亚氧化铅的涂料的制备方法为：将无水乙醇、水、亚氧化铅、烧结助剂、粘结剂，混合，于80
‑
120℃下搅拌30
‑
90min即得。
[0028]进一步的优选，无水乙醇、水、亚氧化铅的质量比为(1
‑
3):(7
‑
10):(8
‑
11)。在实际操作过程中，所用水为去离子水。
[0029]进一步的优选，所述烧结助剂选自Al粉、Ti粉、TiC2粉、PbO2粉、TiB2粉中的至少一种，所述烧结助剂的加入量为亚氧化铅质量的2wt.％
‑
10wt.％。
[0030]进一步的优选，所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、nafion中的至少一种，所述
粘结剂的加入量为亚氧化铅质量的2wt.％
‑
10wt.％。
[0031]在实际操作过程中，当采用亚氧化铅涂层全包覆于金属片表面的设置方式时，可以采用浸渍、旋涂、滚涂、喷涂、刷涂中的一种或多种方式将含亚氧化铅的涂料均匀设置于金属片上，当将若干亚氧化铅涂层间隔设置于金属片表面，再于若干亚氧化铅涂层表面设置相应数量的掺硼金刚石电极片时，采用喷涂或刷涂中的一种方式将含亚氧化铅的涂料均匀设置于金属片上。
[0032]然后将掺硼金刚石电极片的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料，其特征在于：所述分布式掺硼金刚石/金属基复合材料包含金属片，以及间隔分布于金属片表面的若干掺硼金刚石电极片，所述金属片与掺硼金刚石电极片之间含有亚氧化铅涂层。2.根据权利要求1所述的一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料，其特征在于：所述亚氧化铅涂层全包覆于金属片表面，或若干亚氧化铅涂层间隔设置于金属片表面；所述亚氧化铅涂层的厚度为500nm
‑
200μm。3.根据权利要求1所述的一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料，其特征在于：所述金属片选自钛包铜片、钽包铜片、钛片、铌片、钽片、锆片中的一种；所述金属片的结构选自连续板状、网状、非连续框架、柱状、桶状、非规则立体状、规则立体状结构中的一种；所述掺硼金刚石电极片由基底以及设置于基底表面的掺硼金刚石膜层组成；所述硼金刚石电极片采用阵列排布的方式设置于金属片的表面。4.根据权利要求3所述的一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料，其特征在于：所述基底选自金属镍、铌、钽、锆、铜、钛、钴、钨、钼、铬、铁中的一种或其合金中的一种；或基底选自陶瓷Si、Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN、B4C、AlN、TiB2、TiN、WC、Cr7C3、Ti2GeC、Ti2AlC和Ti2AlN、Ti3SiC2、Ti3GeC2、Ti3AlC2、Ti4AlC3、BaPO3中的一种或其中的掺杂陶瓷；所述基底结构选自三维连续网络结构、二维连续网状结构、二维封闭平板结构、一维丝状、一维线状、一维棒状、零维颗粒状中的至少一种；所述掺硼金刚石膜层的厚度为5
‑
20μm；所述掺硼金刚石膜层中的硼元素的质量分数为2
‰‑
10
‰
。5.权利要求1
‑
4任意一项所述的一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于：将含亚氧化铅的涂料均匀设置于金属片上，然后将掺硼金刚石电极片的基底裸露面面朝含亚氧化铅的涂料置于含亚氧化铅的涂料的金属片上，干燥、烧结即得分布式掺硼金刚石/金属基复合材料。6.根据权利要求5所述的一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于：所述含亚氧化铅的涂料的制备方法为：将无水乙醇、水、亚氧化铅、烧结助剂、粘结剂，混合，于80
‑
120℃下搅拌30
‑
90min即得；其中无水乙醇、水、亚氧化铅的质量比为(1
‑
3):(7
‑
10):(8
‑
11)；所述烧结助剂选自Al粉、Ti粉、TiC2粉、PbO2粉、TiB2粉中的至少一种，所述烧结助剂的加入量为亚氧化铅质量的2wt.％
‑
10wt.％；所述粘结剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、nafion中的至少一种，所述粘结剂的加入量为亚氧化铅质量的2wt.％
‑
10wt.％。7.根据权利要求6所述的一种分布式掺硼金刚石/金属基复合材料的制备方法，其特征在于：所述干燥的温度为60℃
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏秋平，周科朝，邓泽军，王宝峰，罗浩，伍水平，王剑，尹钊，余丹，陈大伟，张维，
申请(专利权)人：湖南新锋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：